长周期光纤光栅偏振相关损耗及降低方法研究

摘要

本文详细研究了这种新型LPFG的偏振相关损耗(PDL)并提出了几种有效的PDL降低方法。 新型LPFG是采用高频CO<,2>激光对单模光纤面向激光一侧单面曝光写入LPFG，在光纤面向激光入射的一侧，透射入的激光能量较强，温度较高，残余应力释放较多，折射率变化较大。随着曝光时间越长，LPFG谐振峰幅值越大，光栅横截面折射率分布就越不均匀，感生双折射也就越大。研究发现LPFG的PDL是一个随波长变化的双峰结构，其最大值一般出现在谐振峰幅值附近，且与光栅周期、谐振波长无关，而仅与谐振峰幅值大小有关，是随谐振峰幅值增加而增加，但并不呈线性关系，在谐振峰值较小时(<12dB)PDL增长缓慢，在谐振峰值较大时(>18dB)PDL增加趋势十分明显。 高频CO<,2>激光单侧写入单模光纤的ULPFG的PDL特性和LPFG的PDL特性相似，也是随波长的双峰结构，随谐振峰幅值增加而增加，且增长趋势也和LPFG的PDL增长趋势相同。说明了这种新型LPFG(ULPFG可看作为LPFG特例)的PDL与光栅周期和光栅谐振峰闪耀阶次均无关，只随谐振峰幅值增加。在考察ULPFG的不同闪耀峰的谐振波长分离(RWS)时，却发现不同闪耀峰RWS大小与谐振峰闪耀阶数的倍数关系一致，并从ULPFG的相位匹配公式得到了很好的解释。 在不改变原来LPFG的高写入效率、低成本(不使用掩膜、不用光敏光纤)等优点的基础上，本论文遵循改善光栅横截面折射率分布不均匀性以降低双折射的思路，从双面和扭曲两个方面出发，首次提出了针对高频CO<,2>LPFG的双面曝光、曝光扭曲单模光纤、扭曲LPFG、双面扭曲曝光等四种PDL降低方法，并通过实验证明这几种方法的有效性。这几种PDI，降低方法，特别是双面扭曲曝光结合了双面和扭曲两者之长，比较好地解决了高频CO<,2>LPFG其PDL太大的问题，达到了对偏振敏感系统的低PDL实用要求，具有重要的学术和实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1概述

1.1长周期光纤光栅概述

1.1.1光纤光栅的分类、发展

1.1.2长周期光纤光栅的研究及应用现状

1.2长周期光纤光栅中的偏振相关损耗及研究现状

1.3本课题的研究内容及意义

2长周期光纤光栅偏振相关损耗的基本理论

2.1偏振现象的描述和表示

2.1.1偏振态的数学描述

2.1.2 Jones矢量和Jones矩阵

2.1.3斯托克斯矢量和邦加球

2.2偏振相关损耗的基本概念

2.2.1偏振相关损耗的定义

2.2.2偏振相关损耗的测量方法

2.3偏振相关损耗产生原因

2.4 LPFG中的双折射

2.4.1光纤类型对LPFG双折射的影响

2.4.2 LPFG双折射分类及成因

2.4.3谐振波长分离和相位匹配条件

3普通单面曝光LPFG的偏振相关损耗特性

3.1长周期光纤光栅的制作方法及模式耦合理论

3.1.1高频CO2激光脉冲写入法介绍

3.1.2 LPFG模式耦合方程及波导结构

3.2不同谐振峰值LPFG偏振相关损耗研究

3.2.1 PDL测试实验及结果

3.2.2测试结果分析及高偏振相关特性的应用

3.3本章小节

4普通单面曝光ULPFG的偏振相关损耗特性

4.1 ULPFG与LPFG在制作方法及模式耦合上的区别

4.2 ULPFG偏振相关损耗特性

4.2.1不同阶次闪耀峰的偏振相关损耗

4.2.2不同阶次闪耀峰的谐振波长分离

4.3本章小节

5降低LPFG偏振相关损耗的方法研究

5.1常规LPFG及ULPFG产生高PDL原因

5.2双面曝光的方法降低PDL

5.2.1双面曝光写入单模光纤的方法介绍

5.2.2双面曝光LPFG偏振相关损耗分析

5.3扭曲的方法降低PDL

5.3.1扭曲状态下写入的LPFG偏振相关损耗分析

5.3.2普通单面LPFG在扭曲状态下偏振相关损耗分析

5.4双面曝光扭曲的单模光纤降低PDL

5.5本章小节

6全文总结

致 谢

参考文献

附录